NobleBlocks

Research indexJournal article

Разработка и исследование адаптивного метода оптимизации трехмерных моделей для виртуальных лабораторий

Пилип

Electronic Library of Peter the Great Polytechnic University2 Sep 2026Open access

NobleIDark:/48914/w1/20261105/1A638FF0DOI10.18720/spbpu/3/2026/vr/vr26-5525

Free to read at the publisher

You can read the abstract here, or the full text at the publisher.

Read at the publisher

Abstract

Предметом исследования являются методы оптимизации степени детализации трехмерных моделей для виртуальных лабораторий, обеспечивающие баланс между визуальной достоверностью и производительностью систем VR. Цель работы – повышение качества виртуальных лабораторий за счет разработки эффективного метода оптимизации детализации трехмерных моделей, обеспечивающего сохранение визуальной достоверности при выполнении требований к производительности систем VR. Методы исследования: анализ научной литературы и технической документации, сравнительный анализ движков Unity и Unigine, математическое моделирование, вычислительный эксперимент в среде Unity 6.3 LTS, статистическая обработка результатов измерений, визуальная экспертная оценка качества упрощения геометрии. В работе предложен и реализован адаптивный метод упрощения полигональных моделей, объединяющий метод квадратичных ошибок с воксельной кластеризацией переменного размера, управляемой локальной кривизной поверхности и положением границ материалов. Метод реализован в виде компонента AdaptiveLodBuilder для движка Unity. На тестовой сцене виртуальной лаборатории из шести объектов экспериментально подтверждено сокращение геометрической нагрузки в 9 раз (с 180.2 тыс. до 20.4 тыс. треугольников) при сохранении всех объектов в кадре и визуальной узнаваемости их форм. Частота кадров возросла с 99.2 FPS на исходной сцене до 169.4 FPS при адаптивном методе (прирост в 1.71 раза); в стресс-тесте при разрешении 4K – с 42.6 до 73.3 FPS. Область применения результатов: разработка учебных и научно-исследовательских виртуальных лабораторий на платформе Unity, в том числе для использования на устройствах с ограниченными вычислительными ресурсами (мобильные платформы, автономные VR-шлемы). В результате разработанный метод обеспечивает существенное преимущество перед стандартным механизмом LOD Unity в задачах виртуальных лабораторий. При сопоставимых показателях частоты кадров сохраняет идентифицируемую геометрию всех объектов сцены, что является критически важным для образовательных приложений. Метод реализован в виде готового программного компонента, пригодного к практическому применению. В процессе работы были использованы следующие информационные технологии и программное обеспечение: игровой движок Unity 6.3 LTS, среда разработки Microsoft Visual Studio, язык программирования C#, программное обеспечение для 3D-моделирования Blender, библиотеки Math.NET и Computational Geometry Unity Library.

Discussion

More

Suggest a correction or report